1 1.天津理工大学 理学院, 天津 300382
2 2.中国科学院 物理研究所, 北京 100039
3 3.中国科学院大学, 北京 100049
传统的人工视觉系统基于冯•诺依曼架构, 其视觉采集单元、处理单元和存储单元分离, 因而冗余数据在各个单元之间传递会造成高延迟和能耗。为了解决这一问题, 新一代神经形态视觉系统应用而生, 其具有感知、存储、计算一体化的架构, 既可以减少数据传递, 又可以提高数据处理效率。作为神经形态视觉系统的硬件实现基础, 光电人工突触器件近年来得到广泛研究。光电人工突触器件将光敏元件与突触器件的功能相结合, 为实现低延迟、高能效和高可靠性的神经形态视觉系统提供了新的可能。虽然光电人工突触材料千差万别, 但其工作机理主要包括氧空位的电离和解离、光生载流子的捕获和释放、光致相变以及光与铁电复杂相互作用等。本文从工作机理的角度, 介绍了光电人工突触器件的最新研究进展, 并分析了不同工作机理的优点及其面临的挑战。最后, 概述了未来光电人工突触的应用前景和发展方向。
光电人工突触 氧空位 光生载流子 光致相变 光致铁电极化反转 综述 optoelectronic artificial synapse oxygen vacancy photo-generated carrier light-induced phase change light-induced ferroelectric polarization reversal review
1 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所材料物理重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
二维 PtSe2 具备宽可调带隙、高稳定性等优点, 在新型光电器件方面具有极大应用价值。利用时间分辨太赫兹光谱研究了不同厚度 PtSe2 中的光生载流子超快动力学, 发现该材料瞬态太赫兹光电导的幅度及其激发光强度依赖性随材料厚度的增加呈现出显著的非线性增加趋势。通过太赫兹光电导频谱分析, 获得了光生载流子浓度、散射时间、背散射因子等动力学参数, 并结合激发波长依赖的太赫兹弛豫动力学, 推测束缚激子和自由载流子的竞争是引起这种厚度非线性关系的主要原因。此外, 基于光泵浦- 光探测光谱证明了 PtSe2 中的激子效应及半导体-半金属转变。该工作演示了层数对 PtSe2 中非平衡态动力学的有效调控, 对贵金属基二维材料在光电器件方面的应用具有指导意义。
超快光谱学 光生载流子动力学 太赫兹 二硒化铂 ultrafast spectroscopy photocarrier dynamics terahertz PtSe2
1 内蒙古工业大学化工学院, 呼和浩特 010051
2 包头师范学院化学学院, 包头 014030
铜基硫化物禁带宽度窄, 具有局域表面等离子体共振效应, 对可见光有良好的吸收能力, 且储量丰富、无毒, 这些优势使铜基硫化物光催化剂引起了研究者们的广泛关注。然而, 铜基硫化物光生电子和空穴复合速率高, 可见光利用效率低, 阻碍了其在光催化领域的应用, 因此研究者们尝试了不同的改性策略提高其光催化性能。本文综述了铜基硫化物的改性策略, 主要论述了形貌调控、晶相调控、半导体异质结等方式对铜基硫化物光催化性能的改性, 分析了不同改性方法对铜基硫化物光催化性能提高的作用, 以及铜基硫化物在光催化降解有机污染物、光解水产氢、光催化还原CO2等方面的应用, 并对铜基硫化物改性研究方向做出了展望。
铜基硫化物 光催化 降解 光生载流子 异质结 纳米复合材料 copper based sulfide photocatalytic degradation photocarrier heterojunction nanocomposite
1 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所，西安 710021
2 西安电子科技大学，宽禁带半导体材料教育部重点实验室，西安 710071
3 陕西科技大学材料科学与工程学院，西安 710021
4 西北大学信息科学与技术学院，西安 710127
本文利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在(001)面图形化蓝宝石衬底(PSS)上生长了一种含有AlGaN-InGaN/GaN MQWs (multiple quantum wells)-AlGaN双势垒结构的高In组分太阳能电池外延材料。高分辨率X射线衍射(HRXRD)和光致发光(PL)谱分析表明，与含有AlGaN电子阻挡层的低In组分的量子阱结构太阳能电池外延材料相比，该结构材料具有较小的半峰全宽(FWHM)，计算表明:此结构材料的位错密度降低了一个数量级，达到107 cm-2；同时，有源区中的应变弛豫降低了51%；此外，此结构材料的发光强度增强了35%。研究结果表明含有AlGaN双势垒结构的外延材料可以减小有源区的位错密度，降低非辐射复合中心的数目，增大有源区有效光生载流子的数目，为制备高质量太阳能电池提供实验依据。
金属有机化合物化学气相沉积 太阳能电池外延材料 AlGaN双势垒结构 位错密度 光生载流子 metal organic chemical vapor deposition solar cell epitaxial material AlGaN double barrier structure InGaN/GaN MQWs InGaN/GaN MQWs dislocation density photo-induced carrier
1 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,齐齐哈尔 161006
2 齐齐哈尔市检验检测中心,齐齐哈尔 161005
半导体异质结光催化剂因其在太阳能利用和转化方面广阔的应用前景而备受关注。合理构建两种或两种以上半导体材料的异质结构,可以集成多种组分的优点,改善光生电荷分离,扩大对可见光的吸收范围,保持光催化剂的高氧化还原能力。近年来,由于g-C3N4具有合成简单、稳定性高、独特的光学和电学特性等诸多优点,g-C3N4基异质结构的构建成为研究热点。本文针对近年来g-C3N4基异质结改性的研究现状,依据g-C3N4与其他半导体电荷转移路径的不同综述了三种异质结结构(g-C3N4基Ⅱ型异质结、g-C3N4基Z型异质结和g-C3N4基S型异质结),以及其在环境修复和能源方面的应用。最后对g-C3N4基异质结光催化剂存在的问题进行总结和展望。
异质结 光催化 光生载流子 铋基半导体 降解 g-C3N4 g-C3N4 heterojunction photocatalysis photocarrier bismuth-based semiconductor degradation
闽南师范大学化学化工与环境学院,漳州 363000
NH3不仅是生产各种化学品的必要原料, 也是清洁能源的一种重要载体, 与人类社会的发展紧密联系。以清洁的太阳能作为唯一能量输入的光催化固氮技术, 在温和条件下利用N2和H2O直接产生NH3, 近年来引起人们广泛的关注。光催化固氮技术具有环境友好、节能、操作简便等优点, 但传统的半导体光催化剂在光捕获和光生载流子利用方面受到限制, 不能充分发挥其活性。因此, 需要设计相应的催化剂用来提高材料对惰性N2分子吸附和活化能力, 从而提高固氮性能。本文首先对光催化固氮进行了简要概述, 介绍了光催化固氮可能存在的两种反应机理, 随后着重介绍了含有氧、氮、硫空位的半导体材料对光催化固氮的影响。最后, 对光催化固氮领域的现有挑战和未来发展给出了一些实际的见解。
半导体 光催化 固氮 缺陷 氧空位 氮空位 催化机理 光生载流子 semiconductor photocatalytic nitrogen fixation defect oxygen vacancy nitrogen vacancy catalytic mechanism photogenerated carrier
广东工业大学 物理与光电工程学院， 广东 广州 510006
发展绿色、环保、可持续的化学过程是当今环境、能源、化学学科面临的重大挑战。太阳能驱动光催化实现化学燃料制备、降解环境污染物、高附加值产物转化是解决目前面临的能源和环境问题的一条有效途径。近年来，金属卤化物钙钛矿材料作为一种新型高效的光催化材料受到了广泛关注。本文系统地阐述了金属卤化物钙钛矿材料在光催化析氢、光催化CO2还原和光催化有机物转化中的研究进展，讨论了金属卤化物钙钛矿的光催化作用机理和面临的困难，最后对金属卤化物钙钛矿光催化材料的发展方向进行了分析和展望。
金属卤化物钙钛矿 光生载流子 光催化析氢 光催化CO2还原 光催化有机物转化 metal halide perovskites photocarriers photocatalytic hydrogen evolution photocatalytic CO2 reduction photocatalytic organic transformation
1 中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621900
2 四川大学电子信息学院，四川 成都 610064
3 中国工程物理研究院太赫兹科学技术研究中心，四川 绵阳 621900
在太赫兹通信等系统中需要利用太赫兹波调制器对信号进行调制。基于GaAs等传统半导体材料设计和制作的调制器在太赫兹波段的响应过低，因而很难应用于太赫兹系统。为了弥补传统调制技术在带宽和调制深度不够的缺点，设计了一种全新的基于硅基石墨烯的全光控太赫兹强度调制系统。该调制系统利用材料中光生载流子对太赫兹波的吸收特性，通过调节照射到材料上的可见光光强来改变光生载流子浓度，从而实现对太赫兹波强度调制。从理论和实验两方面对这种新型太赫兹强度调制系统的调制深度和调制带宽进行了研究。研究结果表明，在泵浦光功率密度为18 mW/mm2时，该调制系统能在实验使用的THz-TDS测试系统(0.1~2.5 THz)的整个频谱范围内进行有效的调制，调制深度可达到12 %。且随着泵浦光能量的增大，调制深度增大。
太赫兹波 石墨烯 太赫兹强度调制器 光生载流子 调制深度 透射率谱 THz waves graphene terahertz modulator photo-induced carrier modulation depth transmittance spectrum
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
随着惯性约束聚变研究的深入发展，对高精密诊断设备的要求越来越高，基于半导体材料的光致折射率变化这一特性，对新型高时间分辨的全光扫描技术进行了深入研究。重点介绍了影响光扫描模块偏转特性的两大关键技术，即光扫描模块的设计以及泵浦光与信号光时间同步。通过分解实验开展验证性研究，结果表明：通过前期设计制作的光扫描模块可较好地应用于实验中，在一定范围内，泵浦光功率密度越大信号光的偏转也就越大。同时，时间同步对信号光的偏转程度影响也较大，即高时间同步关系也决定了光扫描装置的时间分辨率。
高时间分辨 光扫描 光生载流子 时间同步 光扫描模块 ultrahigh temporal resolution optical scanning photon-generated carrier temporal synchronization optical scanning module 强激光与粒子束
2015, 27(12): 122002
